CN102882300A - 多相容错永磁同步电机转子 - Google Patents

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Abstract

多相容错永磁同步电机转子，属于永磁电机领域，本发明为解决常规表贴式永磁电机的短路电流抑制效果不好的问题。本发明所述多相容错永磁同步电机转子，它包括转子铁心和p个永磁体，转子铁心包括转子铁心轭和p个转子铁心极，在圆环形的转子铁心轭的外圆表面沿圆周方向均匀设置有p个转子铁心极，每两个转子铁心极之间形成永磁体槽，每个永磁体槽中嵌入一个永磁体，永磁体的扇形面圆心角小于或等于永磁体槽的扇形面圆心角，p个永磁体与定子相对的表面的极性相同，且为径向充磁或平行充磁，p为转子的极对数。

Description

多相容错永磁同步电机转子
技术领域
本发明涉及多相容错永磁同步电机转子，属于永磁电机领域。
背景技术
随着环境与能源危机等问题的日益严重，社会对环境清洁和能源安全问题的重视程度日益加大，由此极大的促进了电动汽车的发展。对于电动汽车而言，电驱动系统的可靠性和安全性至关重要。而传统的三相永磁同步电机在绕组开路、绕组短路以及驱动器功率器件发生开路或短路故障的时候，电机的转矩输出会剧烈变化，甚至于不能工作，进而对车辆本身和车内人员的安全造成严重威胁，因此，出于安全性和可靠性的考虑，采用具有良好容错能力的多相容错永磁同步电机系统作为电动汽车的电驱动系统就极为重要。所谓容错就是指电机系统在发生故障的情况下仍然可以保持和正常状态下一样或者相当的输出能力，并且在故障状态下电机应该具有故障保护和抑制的功能，防止故障的恶化和扩散。采用多相容错永磁同步电机作为电动汽车的动力来源，可以在电机发生故障的时候继续运行，直到故障修复，由此大大提高了电动汽车的安全性，是电动汽车的理想选择。
对于电动汽车用多相永磁容错电机，需要能够在绕组端部短路，匝间短路等故障状态下继续运行。对于常规的表贴式永磁电机，永磁体均匀粘贴在转子铁心表面，短路故障发生时，电机的短路电流很大，短路电流过大一方面会造成绕组烧毁，另一方面也会导致永磁体退磁。针对短路电流过大导致的永磁体退磁、绕组烧毁等问题，传统的设计方式是对电机的定子槽形进行特殊设计，如增加槽肩的厚度、减小槽口宽度、设计窄而深的槽型等方式来增加电机的漏抗，从而对电机的短路电流进行抑制。增加漏磁虽然可以实现对短路电流的抑制，但是电机在正常状态下的转矩等电磁性能也受到了负面影响，因此如何在不影响电机电磁性能的前提下实现对电机短路电流的抑制就极具现实意义。
发明内容
本发明目的是为了解决常规表贴式永磁电机的短路电流抑制效果不好的问题，提供了一种多相容错永磁同步电机转子。
本发明所述多相容错永磁同步电机转子，它包括转子铁心和p个永磁体，转子铁心包括转子铁心轭和p个转子铁心极，在圆环形的转子铁心轭的外圆表面沿圆周方向均匀设置有p个转子铁心极，每两个转子铁心极之间形成永磁体槽，每个永磁体槽中嵌入一个永磁体，永磁体的扇形面圆心角小于或等于永磁体槽的扇形面圆心角，p个永磁体与定子相对的表面的极性相同，且为径向充磁或平行充磁，p为转子的极对数。
本发明的优点：针对常规表贴式永磁电机转子，将转子相异极性永磁体中一种极性的永磁体取出，使用转子铁心材料代替，没有被取出的永磁体分别形成转子每对磁极中的一个极，用以替代被取出的永磁体的转子铁心材料形成转子每对磁极中另一个极性的磁极。一种极性的永磁体被转子铁心材料代替，使得电机的交直轴电抗产生变化，与常规表贴式转子相比，这种某一相同极性的永磁体被转子铁心材料代替的转子，电机的交直轴电抗变大，电抗的增加使得电机的绕组短路电流变小，从而达到限制短路电流的目的。它的转子铁心为圆筒形，永磁体镶嵌在转子铁心内侧即为外转子电机，永磁体镶嵌在转子铁心外侧即为内转子电机。该转子使得永磁体在转子表面的固定更加容易，永磁体用量减半，成本降低，具有很高的电气和机械可靠性。
附图说明
图1是本发明所述多相容错永磁同步电机转子的结构示意图。
图2是基于本发明的电机交直轴磁路示意图。
图3是基于表贴式永磁转子的电机交直轴磁路示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述多相容错永磁同步电机转子，它包括转子铁心1和p个永磁体2，转子铁心1包括转子铁心轭1-2和p个转子铁心极1-1，在圆环形的转子铁心轭1-2的外圆表面沿圆周方向均匀设置有p个转子铁心极1-1，每两个转子铁心极1-1之间形成永磁体槽3，每个永磁体槽3中嵌入一个永磁体2，永磁体2的扇形面圆心角小于或等于永磁体槽3的扇形面圆心角，p个永磁体2与定子相对的表面的极性相同，且为径向充磁或平行充磁，p为转子的极对数。
转子铁心极1和永磁极2沿转子铁心1的外圆表面上依次交替排布，p个永磁体2的极性相同，若永磁体2与定子相对的表面的极性都为S极，则p个转子铁心1与定子相对的表面的极性都为N极。
永磁体2的扇形面圆心角小于或等于永磁体槽3的扇形面圆心角，即永磁体2所占机械角小于或等于永磁体槽3所占机械角。
调节转子铁心1和永磁体2的外形和转子与定子之间的气隙分布，使得所述气隙产生正弦波或梯形波磁场分布。
结合图2、图3说明本发明的工作原理。该主磁通路径与传统表贴式永磁电机类似，每对极的磁路保持对称。相比较传统表贴式永磁电机，本发明使用一块永磁体提供一对极所需要的磁势。对于本发明来说，如图2，直轴磁路路径为：永磁体2→气隙→定子铁心4→气隙→转子铁心极1-1→转子铁心轭1-2→回到永磁体2，形成直轴闭合磁路5；交轴磁路路径为：转子铁心极1-1→气隙→定子铁心4→气隙→转子铁心极1-1→转子铁心轭1-2→转子铁心极1-1，形成交轴闭合磁路6。对于传统表贴式永磁电机来说，如图3，直轴磁路路径为：永磁体2→气隙→定子铁心4→气隙→永磁体2→转子铁心1→回到永磁体2，形成直轴闭合磁路7；交轴磁路路径为：永磁体2之间区域→气隙→定子铁心4→气隙→永磁体2之间区域→转子铁心1→回到永磁体2，形成交轴闭合磁路8。
比较本发明的直轴磁路5和传统的表贴式永磁电机的直轴磁路7，本发明提到的转子直轴磁通路径5先后经过一层永磁体2，两层气隙；而传统的表贴式永磁电机的直轴磁通路径7先后经过两层永磁体和两层气隙，故此本发明提出的转子结构的直轴电抗比传统表贴式永磁电机的直轴电抗大，因此可以更好的限制电机的绕组短路电流。
对比本发明的交轴磁路6和传统的表贴式永磁电机的交轴磁路8，本发明提到的转子交轴磁通路径6仅是经过两层气隙；而传统的表贴式永磁电机的交轴磁通路径8先后经过两层永磁体之间区域和两层气隙，故此本发明提出的转子结构的交轴电抗比传统表贴式永磁电机的交轴电抗大。
此外，与传统的表贴式永磁电机转子相比，本发明提出的转子结构永磁体用量减半，制造的电机也会有更低的成本。
具体实施方式二：本实施方式对实施方式一作进一步说明，转子铁心1由实心钢构成或由硅钢片叠加构成。
具体实施方式三：本实施方式对实施方式一作进一步说明，转子铁心1由非晶态铁磁复合材料或SMC软磁复合材料构成。
具体实施方式四：本实施方式对实施方式一作进一步说明，转子铁心极1-1和转子铁心轭1-2为一体件。

Claims (4)

1.多相容错永磁同步电机转子，其特征在于，它包括转子铁心（1）和p个永磁体（2），转子铁心（1）包括转子铁心轭（1-2）和p个转子铁心极（1-1），在圆环形的转子铁心轭（1-2）的外圆表面沿圆周方向均匀设置有p个转子铁心极（1-1），每两个转子铁心极（1-1）之间形成永磁体槽（3），每个永磁体槽（3）中嵌入一个永磁体（2），永磁体（2）的扇形面圆心角小于或等于永磁体槽（3）的扇形面圆心角，p个永磁体（2）与定子相对的表面的极性相同，且为径向充磁或平行充磁，p为转子的极对数。
2.根据权利要求1所述多相容错永磁同步电机转子，其特征在于，转子铁心（1）由实心钢构成或由硅钢片叠加构成。
3.根据权利要求1所述多相容错永磁同步电机转子，其特征在于，转子铁心（1）由非晶态铁磁复合材料或SMC软磁复合材料构成。
4.根据权利要求1所述多相容错永磁同步电机转子，其特征在于，转子铁心极（1-1）和转子铁心轭（1-2）为一体件。
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